El terme LVDT o transformador de diferencial variable lineal és un transductor de disposició lineal robust i complet i naturalment sense fricció. Tenen un cicle de vida sense fi quan s’utilitza correctament. Com que el LVDT controlat per CA no inclou qualsevol tipus d’electrònica , tenien intenció de treballar a temperatures molt baixes, fins a 650 ° C (1200 ° F) en entorns poc sensibles. Les aplicacions dels LVDT inclouen principalment automatització, turbines de potència, avions, hidràulica, reactors nuclears, satèl·lits i molts altres. Aquests tipus de transductors contenen fenòmens físics baixos i una repetició excepcional.
El LVDT altera una dislocació lineal d'una posició mecànica a un senyal elèctric relatiu, inclosa la fase i l'amplitud de la informació de direcció i distància. El funcionament del LVDT no necessita un enllaç elèctric entre les parts que es toquen i la bobina, però com a alternativa depèn de l'acoblament electromagnètic.
Què és un transformador diferencial de variable lineal (LVDT)?
El formulari complet LVDT és 'Transformador de diferencial variable lineal' és LVDT. Generalment, LVDT és un tipus de transductor normal. La funció principal d’això és convertir el moviment rectangular d’un objecte en un senyal elèctric equivalent. LVDT s’utilitza per calcular el desplaçament i funciona el transformador principi.
El diagrama del sensor LVDT anterior inclou un nucli i un conjunt de bobines. Aquí, el nucli està protegit per la cosa que s'està calculant la seva ubicació, mentre que el conjunt de la bobina augmenta fins a una estructura estacionària. El conjunt de bobines inclou tres bobines enrotllades amb filferro a la forma buida. La bobina interior és la principal, que és alimentada per una font de corrent altern. El flux magnètic generat per la xarxa principal s’uneix a les dues bobines menors, fent una tensió de corrent altern a cada bobina.
Transformador de diferencial variable lineal
El principal avantatge d’aquest transductor, en comparació amb altres tipus de LVDT, és la resistència. Com que no hi ha contacte material a través del component de detecció.
Com que la màquina depèn de la combinació de flux magnètic, aquest transductor pot tenir una resolució il·limitada. Per tant, la fracció mínima de progrés es pot notar mitjançant una eina adequada de condicionament del senyal i la resolució del transductor es determina exclusivament mitjançant la declaració del DAS (sistema d’adquisició de dades).
Construcció del transformador diferencial variable lineal
LVDT comprèn un formador cilíndric, que està delimitat per un bobinatge principal al centre del primer i els dos bobinatges LVDT menors s’enrotllen a les superfícies. La quantitat de girs en els dos enrotllaments menors és equivalent, però es reverteixen entre si com a sentit horari i antihorari.
Construcció del transformador diferencial variable lineal
Per aquest motiu, les tensions o / p seran la variació de les tensions entre les dues bobines menors. Aquestes dues bobines es denoten amb S1 i S2. L’estima del nucli de ferro es troba al centre de la forma cilíndrica. La tensió d'excitació de CA és de 5-12 V i la freqüència de funcionament ve donada entre 50 i 400 Hz.
Principi de funcionament de LVDT
El principi de treball del transformador diferencial variable lineal o teoria de treball LVDT és la inducció mútua. La dislocació és energia no elèctrica que es transforma en energia elèctrica . I, com es modifica l’energia, es discuteix amb detall en el funcionament d’un LVDT.
Funcionament d'un LVDT
El funcionament del diagrama del circuit LVDT es pot dividir en tres casos en funció de la posició del nucli de ferro al primer aïllat.
- En el cas 1: Quan el nucli del LVDT es troba a la ubicació nul·la, llavors tant el flux de bobinatge menor serà igual, de manera que l’emf induït és similar en els bobinatges. Per tant, sense cap dislocació, el valor de sortida (efora) és zero perquè tant e1 com e2 són equivalents. Així, il·lustra que no es va produir cap dislocació.
- En el cas 2: Quan el nucli del LVDT es desplaça cap al punt nul. En aquest cas, el flux que implica un bobinatge menor S1 és addicional en contrast amb el flux que connecta amb el bobinat S 2. Per aquest motiu, e1 s’afegirà com a e2. A causa d'això efora(tensió de sortida) és positiu.
- En el cas 3: Quan el nucli del LVDT es desplaça cap al punt nul, en aquest cas, la quantitat d'e2 s'afegirà a la de e1. A causa d'això eforala tensió de sortida serà negativa, a més il·lustra la posició o / p cap avall en el punt de localització.
Quina és la sortida de LVDT?
La sortida del dispositiu de mesura com LVDT o transformador diferencial variable lineal és una ona sinusoïdal a través de l'amplitud que és proporcional a la ubicació descentrada i 0⁰ en cas contrari 180⁰ de fase en funció del costat situat del nucli. Aquí, la rectificació d’ona completa s’utilitza per demodular el senyal. El valor més alt del motor fora (EOUT) es produeix amb el desplaçament del nucli més alt des de la posició mitjana. És una funció d'amplitud del voltatge d'excitació lateral principal, així com del factor de sensibilitat del tipus específic de LVDT. En general, és bastant considerable a RMS.
Per què utilitzar un LVDT?
Un sensor de posició com LVDT és ideal per a diverses aplicacions. Aquí teniu una llista de les raons per les quals s’utilitza.
La vida mecànica és infinita
Aquest tipus de sensor no es pot substituir fins i tot després de milions de cicles i dècades.
Nucli i bobina separables
Els LVDT s’utilitzen bombes, vàlvules i sistemes de nivell. El nucli de LVDT es pot exposar als suports a temperatura i alta pressió sempre que les bobines i la carcassa es puguin separar mitjançant un metall, un tub de vidre, en cas contrari, mànigues, etc.
La mesura és sense friccions
La mesura de LVDT és sense fricció perquè no hi ha parts de fricció, ni error ni resistència.
La resolució és infinita
Mitjançant l’ús de LVDT, els petits moviments també es poden calcular amb precisió.
La repetibilitat és excel·lent
Els LVDT no floten altrament, són sorollosos fins i tot després de dècades.
Insensibilitat al moviment del nucli transversal
La qualitat de la mesura no es pot comprometre ni amb sensacions ni amb ziga-zagues.
La repetibilitat és nul·la
Des de 300 a 1000 ºF, aquests sensors sempre us proporcionen un punt de referència fiable
- No és necessari l'electrònica de bord
- Sortida completa
- La personalització és possible per a qualsevol tipus d’aplicació
Diferents tipus de LVDT
Els diferents tipus de LVDT inclouen el següent.
Armadura captiva LVDT
Aquest tipus de LVDT són superiors per a sèries de treball llargues. Aquests LVDT ajudaran a evitar arranjaments incorrectes perquè estan dirigits i controlats per conjunts de baixa resistència.
Armadures sense guia
Aquest tipus de LVDT tenen un comportament de resolució il·limitat; el mecanisme d’aquest tipus de LVDT és un pla de desgast que no controla el moviment de les dades calculades. Aquest LVDT està connectat a la mostra que es vol calcular, i s’adapta amb força al cilindre, cosa que implica que el cos del transductor lineal es mantingui independentment.
Força de les armadures esteses
Utilitzeu mecanismes interns de moll, motors elèctrics per avançar constantment l'armadura fins al màxim nivell assolible. Aquestes armadures s’utilitzen a LVDT’s per a aplicacions de moviment lent. Aquests dispositius no necessiten cap connexió entre l’armadura i l’espècimen.
Els transductors de desplaçament variable lineal s’utilitzen generalment en eines de mecanitzat actuals, robòtica o control de moviment, aviónica i automatitzades. L'elecció d'un tipus de LVDT aplicable es pot mesurar mitjançant algunes especificacions.
Característiques LVDT
Les característiques del LVDT es discuteixen principalment en tres casos com la posició nul·la, la posició més alta a la dreta i la posició més alta a l'esquerra.
Posició nul·la
El procediment de treball de LVDT es pot il·lustrar en un lloc axial nul, en cas contrari, zero amb la següent figura. En aquesta condició, l’eix es pot situar exactament al centre dels bobinats S1 i S2. Aquí, aquests bobinatges són bobinatges secundaris, que augmenten la generació de flux equivalent així com la tensió induïda a través del terminal següent corresponentment. Aquesta ubicació també s’anomena posició nul·la.
LVDT en posició nul·la
La seqüència de fase de sortida, així com la diferenciació de magnitud de sortida respecte als senyals d’entrada que deriven el desplaçament i el moviment del nucli. La disposició de l’eix a la posició neutra o nul·la indica principalment que les tensions induïdes a través de bobinatges secundaris connectats en sèrie són equivalents i inversament proporcionals respecte a la tensió neta o / p.
EV1 = EV2
Eo = EV1– EV2 = 0 V
Posició més alta a la dreta
En aquest cas, la posició més alta dreta es mostra a la figura següent. Una vegada que l’eix es desplaça en la direcció lateral dreta, es pot generar una força enorme a través del bobinatge S2, en canvi, es pot produir la força mínima a través del bobinat S1.
LVDT a la dreta
Per tant, el ‘E2’ (voltatge induït) és considerablement superior a l’E1. Les equacions de tensions diferencials resultants es mostren a continuació.
Per EV2 = - EV1
Posició màxima esquerra
A la figura següent, l’eix es pot inclinar més en la direcció del costat esquerre i, a continuació, es pot generar un flux elevat a través del bobinatge S1 i es pot induir tensió a través de ‘E1’ quan es redueix ‘E2’. L'equació per a això es dóna a continuació.
Per a = EV1 - EV2
La sortida LVDT final es pot calcular en termes de freqüència, corrent o tensió. El disseny d’aquest circuit també es pot fer amb circuits basats en microcontroladors com PIC, Arduino, etc.
LVDT a l'esquerra
Especificacions LVDT
Les especificacions de LVDT inclouen el següent.
Linealitat
La diferència més alta entre la proporció recta entre la distància calculada i la distància o / p sobre el rang de càlcul.
- > (0,025 +% o 0,025 -%) a escala completa
- (0,025 a 0,20 +% o 0,025 a 0,20 -%) a escala completa
- (0,20 a 0,50 +% o 0,20 a 0,50 -%) a escala completa
- (0,50 a 0,90 +% o 0,50 a 0,90 -%) a escala completa
- (0,90 a +% o 0,90 a -%) A escala completa i superior
- 0,90 a ±% a escala completa i pujada
Temperatures de funcionament
Les temperatures de funcionament de LVDT inclouen
> -32ºF, (-32-32ºF), (32 -175ºF), (175-257ºF), 257ºF i més. El rang de temperatura dins del qual el dispositiu ha d’operar amb precisió.
Rang de mesura
El rang de mesurament IVDT inclou
0.02 ', (0,02-0,32'), (0.32 - 4.0 '), (4.0-20.0'), (± 20.0 ')
Precisió
Explica el percentatge de la diferència entre el valor genuí de la quantitat de dades.
Sortida
Corrent, tensió o freqüència
Interfície
Un protocol en sèrie com RS232 o un protocol paral·lel com IEEE488.
Tipus de LVDT
Basat en freqüència, basat en corrent basat en CA / CA o basat en CC / CC.
Gràfic LVDT
A continuació es mostren els diagrames gràfics LVDT que mostren les variacions de l’eix i el seu resultat en termes de magnitud de la sortida de CA diferencial a partir d’un punt nul i sortida de corrent continu de l’electrònica.
El màxim valor del desplaçament de l’eix des de la ubicació del nucli depèn principalment del factor de sensibilitat i de l’amplitud del voltatge d’excitació principal. L'eix es manté en posició nul·la fins que s'especifica una tensió d'excitació principal referida al bobinatge principal de la bobina.
Variacions de l'eix LVDT
Com es mostra a la figura, la polaritat o canvi de fase de CC o / p defineix principalment la posició de l’eix per al punt nul per representar la propietat com la linealitat o / p del mòdul de LVDT.
Exemple de transformador diferencial de variable lineal
La longitud del traç d'un LVDT és de ± 120 mm i genera una resolució de 20 mV / mm. Per tant, 1) trobeu la tensió màxima o / p, 2) la tensió o / p una vegada que el nucli es desplaça amb 110 mm de la seva ubicació nul·la, c) la posició del nucli des del mig una vegada que la tensió o / p és de 2,75 V, d) trobeu el canvi dins del voltatge o / p un cop que el nucli es desplaça del desplaçament de + 60 mm a -60 mm.
a). El voltatge o / p més alt és VOUT
Si un mm de moviment genera 20 mV, es generen 120 mm de moviment
VOUT = 20mV x 120mm = 0,02 x 120 = ± 2,4 volts
b). VOUT amb 110 mm de desplaçament del nucli
Si un desplaçament del nucli de 120 mm genera una sortida de 2,4 volts, es produeix un moviment de 110 mm
Vout = desplaçament del nucli X VMAX
Vout = 110 X 2,4 / 120 = 2,2 volts
El desplaçament de tensió de LVDT
c) .La posició del nucli quan VOUT = 2,75 volts
Vout = desplaçament del nucli X VMAX
Desplaçament = longitud Vout X / VMax
D = 2,75 X 120 / 2,4 = 137,5 mm
d). El canvi de tensió del desplaçament de + 60 mm a -60 mm
Vchange = + 60mm - (-60mm) X 2,4 V / 130 = 120 X 2,4 / 130 = 2,215
Per tant, el canvi de tensió de sortida oscil·la entre +1,2 volts i -1,2 volts quan el nucli passa de + 60 mm a -60 mm respectivament.
Els transductors de desplaçament estan disponibles en diferents mides amb diferents longituds. Aquests transductors s’utilitzen per mesurar uns mm a 1 s que poden determinar traços llargs. Tanmateix, quan els LVDT són capaços de calcular el moviment lineal dins d’una línia recta, hi ha un canvi en el LVDT per mesurar el moviment angular conegut com a RVDT (Rotary Variable Differential Transformer).
Avantatges i desavantatges de LVDT
Els avantatges i desavantatges de LVDT inclouen els següents.
- La mesura del rang de desplaçament de LVDT és molt alta i oscil·la entre 1,25 mm i -250 mm.
- La sortida LVDT és molt alta i no requereix cap extensió. Posseeix una gran compassió que normalment és d’uns 40V / mm.
- En conseqüència, quan el nucli viatja dins d’un formador buit no hi ha cap fallada d’entrada de desplaçament mentre es produeix una pèrdua per fricció, de manera que converteix un LVDT en un dispositiu precís.
- LVDT demostra una petita histèresi i, per tant, la repetició és excepcional en totes les situacions
- El consum d'energia del LVDT és molt baix, aproximadament 1W, avaluat per un altre tipus de transductors.
- LVDT canvia la dislocació lineal en una tensió elèctrica fàcil de progressar.
- LVDT és sensible per allunyar-se dels camps magnètics, per la qual cosa necessita constantment un sistema que els mantingui a la deriva.
- S'aconsegueix que els LVDT siguin més beneficiosos que contrastats que qualsevol tipus de transductor inductiu.
- LVDT es fa malbé per la temperatura i les vibracions.
- Aquest transformador necessita grans desplaçaments per obtenir una sortida diferencial significativa
- Aquests són sensibles als camps magnètics perduts
- S'hauria de triar l'instrument receptor per treballar en senyals de corrent altern; en cas contrari, s'hauria d'utilitzar un demodulador n / w si es necessita una corrent continu
- La resposta dinàmica limitada es produeix mecànicament a través de la massa del nucli i elèctricament a través de la tensió aplicada.
Aplicacions de transformadors diferencials de variable lineal
Les aplicacions del transductor LVDT inclouen principalment allà on es calculen les luxacions que van des d’una divisió de mm fins a només alguns cms.
- El sensor LVDT funciona com a transductor principal, i això canvia la dislocació a un senyal elèctric recte.
- Aquest transductor també pot funcionar com a transductor secundari.
- LVDT s’utilitza per mesurar el pes, la força i també la pressió
- Als caixers automàtics per al gruix de la factura del dòlar
- S’utilitza per provar la humitat del sòl
- En màquines per fabricar Píndoles
- Netejador robotitzat
- S'utilitza en dispositius mèdics per a la sondeig del cervell
- Alguns d’aquests transductors s’utilitzen per calcular la pressió i la càrrega
- Els LVDT s’utilitzen sobretot en indústries servomecanismes .
- Altres aplicacions com turbines de potència, hidràulica, automatització, avions i satèl·lits
A partir de la informació anterior, podem concloure que les característiques del LVDT tenen certs trets i beneficis significatius, la majoria dels quals deriven de principis físics fonamentals de funcionament o de materials i tècniques utilitzades en la seva construcció. Aquí teniu una pregunta, quin és el rang normal de sensibilitat LVDT?
